淺談巖溶地質(zhì)條件下人工挖孔護(hù)壁灌注樁的施工技術(shù)

徐洪成

（中交三航局第三工程有限公司，江蘇 南京 210000）

淺談巖溶地質(zhì)條件下人工挖孔護(hù)壁灌注樁的施工技術(shù)

徐洪成

（中交三航局第三工程有限公司，江蘇 南京 210000）

隨著我國(guó)現(xiàn)代化進(jìn)程的不斷加快，有效的改善了人類的生活質(zhì)量，從而推動(dòng)了我國(guó)城市化建設(shè)的發(fā)展，現(xiàn)階段高等級(jí)公路、大型工業(yè)、電廠和民用建筑中，地基處理上常常采用樁基施工，本文從工程實(shí)例論述巖溶地質(zhì)條件下人工挖孔護(hù)壁灌注樁的施工技術(shù)。

樁基 人工成孔 護(hù)壁 基巖爆破 灌注成樁

1. 工程概況

貴甕高速公路工程項(xiàng)目，擬建橋梁樁基設(shè)計(jì)為混凝土灌注樁，樁徑分別為φ 1300mm、φ1600mm、φ1800mm、φ2000mm，樁長(zhǎng)15m～25m不等，樁端要求進(jìn)入中風(fēng)化巖不小于3000mm。根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告，橋位區(qū)地表水較發(fā)育。地下水主要為基巖中裂隙水及巖溶水，裂隙水賦存于白云巖的節(jié)理裂隙中，主要靠地表水及大氣降水補(bǔ)給，以沿裂隙滲流形式或受地形切割排出地表；巖溶水主要賦存于溶隙、溶洞中。

2. 地質(zhì)條件

根據(jù)本次勘察結(jié)果，橋位區(qū)未見特殊性巖土發(fā)育，不良地質(zhì)現(xiàn)象主要為巖溶，鉆孔揭露橋位區(qū)溶洞、溶蝕孔隙發(fā)育，對(duì)擬建橋梁基礎(chǔ)埋深、樁長(zhǎng)有一定影響。結(jié)合地面地質(zhì)調(diào)查，橋位區(qū)分布的地層由新至老描述如下:

黏土（Q4

al）①：灰色，流塑-軟塑，含植物根系。該層主要分布于橋位區(qū)沖溝地段，層厚1.0m-2.5m，承載力基本容許值[fao]=60kPa，摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值qik=25kPa。

黏土（Qpdl）②-1：褐黃色，可塑，含少量強(qiáng)風(fēng)化巖角礫，該層布于斜坡段，層厚0.9m-6.9m，承載力基本容許值[fao] =150kPa，摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值qik=40kPa。黏土（Qpdl）②-2:褐黃色，軟塑，含少量強(qiáng)風(fēng)化白云巖質(zhì)角礫，該層厚3.4m，承載力基本容許值[fao]=100kPa，摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值qik=30kPa。

強(qiáng)風(fēng)化白云質(zhì)灰?guī)r③-1：灰白色、肉紅色，顯晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄厚層狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙很發(fā)育，巖芯多呈碎屑狀、少量碎塊狀，巖質(zhì)較軟，巖體破碎，該層廣泛分布于橋位區(qū)，層厚1.1m～5.7m，承載力基本容許值[fao]=600kPa，摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值qik=150kPa。

中風(fēng)化白云巖③-2：灰色，顯晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄一中厚層狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙很發(fā)育，巖芯呈柱狀、長(zhǎng)柱狀，節(jié)長(zhǎng)一般10cm-60cm，該層廣泛分布于橋位區(qū)，最大揭露厚度29.5m。承載力主主容許值[fao] =1500kPa，摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值qik=300kPa。

強(qiáng)風(fēng)化角礫狀白云質(zhì)灰?guī)r④：灰褐色，母巖為灰?guī)r，鈣泥質(zhì)膠結(jié)，膠結(jié)程度較差，巖芯多呈碎屑狀，極少量塊狀、柱狀，巖質(zhì)較軟，巖體較破碎，層厚14.6m，承載力基本容許值[fao] =600kPa，摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值qik=150kPa。

工程地質(zhì)縱斷面圖

3. 人工挖孔灌注樁的特點(diǎn)

人工挖孔灌注樁與鉆孔灌注樁相比具有機(jī)具設(shè)備簡(jiǎn)單，施工操作方便，占用場(chǎng)地和空間小，無泥漿排出，對(duì)周圍環(huán)境及建筑物影響小，施工質(zhì)量可靠，可全面展開施工，縮短工期，造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。因此，近幾年得到廣泛運(yùn)用，人工挖孔樁施工更有其優(yōu)越性，可以彌補(bǔ)機(jī)械施工的一些不足。挖孔樁適用于無地下水或少量地下水，且較密實(shí)的土層或風(fēng)化巖層。

4. 施工前的準(zhǔn)備工作

4.1 施工前資料準(zhǔn)備

施工現(xiàn)場(chǎng)的工程地質(zhì)和地下水位資料；樁基施工圖紙會(huì)審紀(jì)要；主要施工機(jī)械及其配套設(shè)備的技術(shù)性能資料；樁基的施工組織設(shè)計(jì)或施工方案及樁基鋼筋、混凝土所用建材（水泥、砂石、鋼筋）的質(zhì)檢報(bào)告。

4.2 施工前質(zhì)量管理措施

在施工平面圖上標(biāo)明樁位、編號(hào)、施工順序、水電線路和臨時(shí)設(shè)施位置；指定施工工序檢查程序；制定不良天氣（雨季）施工的技術(shù)措施。

4.3 施工中安全管理措施

挖孔樁施工過程中安全工作非常重要，應(yīng)得到高度重視，做到以下措施保障：孔內(nèi)設(shè)應(yīng)急爬梯供人員上下井；施工人員進(jìn)入孔內(nèi)必須戴安全帽；使用吊籠、電葫蘆等有安全可靠的自動(dòng)卡緊保險(xiǎn)裝置；開挖深度超過10m時(shí)配有通風(fēng)設(shè)備；挖出的土石方及時(shí)運(yùn)離孔口，不得堆放在孔口四周1m范圍內(nèi)，機(jī)動(dòng)車輛的通行不得對(duì)井壁造成安全影響；要注意安全用電，井下照明采用12v以下安全燈。

5 .施工工藝流程

施工準(zhǔn)備—基樁定位—孔口護(hù)壁—設(shè)備就位—人工挖孔—孔內(nèi)出渣—護(hù)壁支護(hù)—孔內(nèi)爆破—清渣—樁基爆破成孔—清理樁底—終孔—釬探。

施工工藝流程圖 二

6.施工方法

6.1 測(cè)量放線

樁位測(cè)放及標(biāo)高測(cè)量所用儀器為全站儀、水準(zhǔn)儀和塔尺。首先根據(jù)業(yè)主提供的基準(zhǔn)點(diǎn)、基準(zhǔn)線和水準(zhǔn)點(diǎn)建立測(cè)量控制網(wǎng)，樁位依據(jù)控制網(wǎng)采用全站儀測(cè)放人工挖孔樁的樁位。

6.2 人工挖孔

人工挖孔樁自上而下逐層用鎬、鍬進(jìn)行，對(duì)遇堅(jiān)硬土層及巖層用錘、釬，并加小型爆破破碎；在孔口上安裝支架，用1～2t慢速揚(yáng)機(jī)提升，棄土裝入桶內(nèi)垂直起吊運(yùn)輸出井口外。每挖深1.0m時(shí)支模澆一圈混凝土護(hù)壁，樁孔挖掘及支撐護(hù)壁兩道工序須連續(xù)作業(yè)，不宜中途停頓，以防坍孔。

6.3 護(hù)壁施工

挖孔施工根據(jù)地質(zhì)和水文地質(zhì)情況，因地制宜地選擇孔壁支護(hù)方案上報(bào)批準(zhǔn)，并經(jīng)計(jì)算，確保施工安全并滿足設(shè)計(jì)要求。

護(hù)壁材料采用P.O 42.5水泥，機(jī)制砂、碎石、變徑模板?？卓谔幾o(hù)圈高出原地面20cm左右，并設(shè)置臨時(shí)排水溝，防止地表水流入孔內(nèi)。

6.4 挖孔及混凝土護(hù)壁施工

6.4.1 開孔前，在樁位外設(shè)置定位四角樁，安裝護(hù)壁模板用樁心點(diǎn)校正模板位置。

6.4.2 凈距小于2倍樁徑且小于2.5m時(shí)，采用間隔開挖。

6.4.3 井圈中心線與設(shè)計(jì)軸線的偏差不得大于20mm，井圈頂面高出場(chǎng)地200mm，壁厚比下面井壁厚度增加100～150mm。

6.4.4 樁孔挖掘過程中，每掘進(jìn)1.0m米，進(jìn)行一道混凝土護(hù)壁。護(hù)壁模板為分片鋼模，每片之間采用U型扣連接。護(hù)壁采用內(nèi)齒式護(hù)壁，護(hù)壁下口直徑比上口直徑大5cm，護(hù)壁上口直徑不得小于設(shè)計(jì)樁徑。護(hù)壁厚度15cm，上下層護(hù)壁間保證有5cm的搭接長(zhǎng)度。滲水量較大時(shí)，從滲水部位開始，搭接長(zhǎng)度不得小于100mm。

6.4.5 每節(jié)護(hù)壁均在當(dāng)日連續(xù)施工完畢，混凝土護(hù)壁厚度不小于150mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)不低于樁身混凝土強(qiáng)度，可配置適量的鋼筋，護(hù)壁混凝土要保證密實(shí)，以保證樁身護(hù)壁的整體穩(wěn)定性和安全性為主。

6.4.6 遇有可能出現(xiàn)涌土情況時(shí)，每節(jié)護(hù)壁高度減小到500mm，并隨挖隨澆注混凝土。

6.4.7 護(hù)壁模板拆除在12小時(shí)之后進(jìn)行，發(fā)現(xiàn)有蜂窩、漏水現(xiàn)象及時(shí)補(bǔ)強(qiáng)。6.4.8護(hù)壁要打到完整基巖面，連接緊密，防止地層內(nèi)水滲入。

6.5 嵌巖段施工

嵌巖段施工采用人工敲鑿及爆破方法。人工挖至灰?guī)r頂部，然后根據(jù)巖面的傾斜及完整性情況，采用人工鑿除及爆破。爆破時(shí)，要控制好藥量和鉆孔的位置。因地質(zhì)條件比較復(fù)雜，地下山體起伏不平，炮眼數(shù)目、位置和斜插方向，按巖層斷面方向來定，中間一組集中掏心，四周斜插挖邊。以風(fēng)鉆垂直于斜巖面鉆出炮眼，炮眼數(shù)量依據(jù)面積而定，一般直徑為1.3m孔徑的平整孔底，鉆10個(gè)炮眼，內(nèi)圈3個(gè)，外圍7個(gè)，均分布置；炮眼鉆孔深度為1.2m，每個(gè)炮眼的藥量3節(jié)以0.9Kg為宜，既能達(dá)到松動(dòng)底部巖石的目的，又不至于擴(kuò)大孔徑或有爆破碎石從孔底飛出。

6.6 孔底釬探

為保證結(jié)構(gòu)物的安全運(yùn)營(yíng)及穩(wěn)定性要求，成孔采用人工挖孔結(jié)合爆破的施工工藝成孔，人工挖孔至設(shè)計(jì)樁底時(shí)，將孔底清理干凈，聯(lián)系檢測(cè)人員對(duì)樁底向下5m范圍內(nèi)進(jìn)行釬探，終孔后釬探查明孔底以下是否有不良地質(zhì)情況（如溶洞、薄層泥巖、淤泥夾層等）。如孔底巖體在5m范圍內(nèi)分布有軟弱夾層或溶洞，則繼續(xù)向下鑿，直至滿足樁端全斷面嵌入中風(fēng)化灰?guī)r3000mm，施工完畢后人工清除完殘余虛渣。樁基釬探布孔要求如下表：

樁徑（m） D≤1.6 1.6＜D≤2.2 D＞2.2探孔數(shù)（個(gè)） ≥1 ≥2 ≥3

6.7 特殊地質(zhì)條件下的處理方案

人工挖孔灌注樁的機(jī)械化程度要求不高，僅靠簡(jiǎn)單的機(jī)具就能實(shí)現(xiàn)，一方面可保證清底干凈，另一方面在成孔過程中采用現(xiàn)澆混凝土護(hù)壁，呈鋸齒型的護(hù)壁提高了樁側(cè)摩阻力，保證了成樁質(zhì)量。此外，還有單樁承載力高，樁受力明確，計(jì)算簡(jiǎn)單，基礎(chǔ)成本低廉，樁身質(zhì)量可靠，基礎(chǔ)施工簡(jiǎn)便，噪音小和基礎(chǔ)沉降小等優(yōu)點(diǎn)，故得到廣泛的應(yīng)用。但在施工過程中，也常常遇到一些較棘手的問題，如：地下水、淤泥、流砂、坍孔等。

6.7.1 流砂

人工挖孔在開挖時(shí)，如遇細(xì)砂，粉砂層地質(zhì)時(shí)，再加上地下水的作用，極易形成流砂，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生井漏，造成安全事故，因此要采取有效可靠的措施。

流砂情況較輕時(shí)，有效的方法是縮短這一循環(huán)的開挖深度，將正常的1m左右一段，縮短為0.5m，以減少挖層孔壁的暴露時(shí)間，及時(shí)進(jìn)行護(hù)壁混凝土灌注。當(dāng)孔壁塌落，有泥砂流入而不能形成樁孔時(shí)，可用紡織袋土逐漸堆堵，形成樁孔的外壁，并控制保證內(nèi)壁滿足設(shè)計(jì)要求。

流砂情況較嚴(yán)重時(shí)，常用的辦法是下鋼套筒，鋼套筒與護(hù)壁用的鋼模板相似，以孔外徑為直徑，可分成4-6段圓弧，再加上適當(dāng)?shù)睦邨l，相互用螺栓或鋼筋環(huán)扣連接，在開挖0.5m左右，即可分片將套筒裝入，深入孔底不少于0.2m，插入上部混凝土護(hù)壁外側(cè)不小于0.5m，裝后即支模澆注護(hù)壁混凝土。若放入套筒后流砂仍上涌，可采取突擊挖出后即用混凝土封閉孔底的方法，待混凝土凝結(jié)后，將孔心部位的混凝土清鑿以形成樁孔。也可用此種方法，應(yīng)用到已完成的混凝土護(hù)壁的最下段鉆孔，使孔位傾斜至下層護(hù)壁以外，打入漿管，壓力澆注水泥漿，使下部土壤硬些，提高周圍及底部土壤的不透水性，以解決流砂現(xiàn)象。

6.7.2 淤泥質(zhì)土層

在遇到淤泥質(zhì)土層等軟弱土層時(shí)，用木方、木板模板等支擋，并要縮短這一段的開挖深度，并及時(shí)澆注混凝土護(hù)壁，每次支擋的木方要沿周邊打入底部不少于0.2m深，上部嵌入上段已澆好的混凝土護(hù)壁后面，可斜向放置，雙排布置互相反向交叉，能達(dá)到很好的支擋效果。

7.成孔質(zhì)量控制指標(biāo)

鉆（挖）孔灌注樁成孔質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

8.結(jié)論

本項(xiàng)目人工挖孔樁共計(jì)115根，經(jīng)有資質(zhì)的檢測(cè)單位進(jìn)行超聲檢測(cè)全部為I類樁。人工護(hù)壁挖孔結(jié)合孔底釬探檢測(cè)及爆破成孔的施工工藝，解決了特殊地質(zhì)條件下的樁基施工，為今后類似工程的開展提供一些參考依據(jù)。

[1]公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范JTG/T F50-2011;人民交通出版社

[2]論人工挖孔(深孔)灌注樁在復(fù)雜地質(zhì)條件下的施工[J];廣西土木建筑;2000年01期

TU75

B

1007-6344（2015）12-0293-02

徐洪成，男，1968年8月24日，工程師，公路橋梁施工，中交三航局第三工程有限公司，項(xiàng)目總工，中共黨員，29年，東南大學(xué)土木工程（道路與橋梁方向）